Dokument: Spezies- und Resistenzbestimmung von Darmmikrobiota mittels metagenomischer Whole Genome Sequenzierung aus Analabstrichen

Titel:	Spezies- und Resistenzbestimmung von Darmmikrobiota mittels metagenomischer Whole Genome Sequenzierung aus Analabstrichen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=63908
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20231023-105257-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Wnuck-Lipinski, Clemens von [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 1,23 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 16.10.2023 / geändert 16.10.2023
Beitragende:	Prof. Dr. med. MacKenzie, Colin R. [Betreuer/Doktorvater] PD Dr. med. Bosse, Hans Martin [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Multiresistente gramnegative Bakterien (MRGN) nehmen weltweit zu. Infektionen führen zu signifikant höherer Morbidität und Mortalität. Oft stehen nur noch wenige oder gar keine Antibiotika als Therapie zur Verfügung. Umso wichtiger ist es, die Transmission zu verhindern. Hierzu werden im Krankenhaus Screening- und Isolationsmaßnahmen eingesetzt. Das Screening auf MRGN-Erreger basiert aktuell auf der kulturellen, phänotypischen Testung und dauert bis zu 96 Stunden. In Zukunft könnte mittels molekularer Verfahren eine schnellere Diagnostik erfolgen. Ein vielversprechender Ansatz ist die metagenomische Whole Genome Sequenzierung. Dabei wird die gesamte DNA einer Patientenprobe sequenziert. Anschließend können die Sequenzdaten dazu genutzt werden, bakterielle Resistenzgene mithilfe bioinformatischer Datenbanken zu identifizieren und damit phänotypische Antibiotikaresistenzen vorherzusagen. Im Rahmen dieser Proof-of-Concept Studie wurden 54 Anal-Screeningabstriche auf diese Weise analysiert. Ziel war es, eine genotypische Spezies- und Resistenztestung vorzunehmen und das Ergebnis mit der kulturellen MRGN-Testung zu vergleichen. Hierzu wurde zunächst der Anteil humaner DNA in den Analabstrichen verringert, dann wurde die DNA extrahiert und schließlich sequenziert. Anschließend wurden die gewonnenen DNA-Sequenzen mit bioinformatischen Datenbanken abgeglichen, um die Bakterien zu identifizieren und nach Antibiotikaresistenzgenen zu suchen. Anhand der DNA-Sequenzen konnte die kulturell nachgewiesene Spezies in allen Proben identifiziert werden. Die phänotypisch nachgewiesenen Antibiotikaresistenzen wurden allerdings mithilfe der genotypischen Testung häufig überschätzt. Auch in Proben, in denen kulturell kein MRGN-Erreger nachgewiesen werden konnte, wurden mittels Sequenzierung zahlreiche, potenzielle MRGN-Erreger gefunden. Schwierigkeiten bei der Interpretation der nachgewiesenen Resistenzgene zeigten die Limitationen der Studie und der genotypischen Resistenztestung allgemein. Zusätzlich zu der Resistenzgenanalyse wurde das Mikrobiom der Analabstriche analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass im Gegensatz zum physiologischen Mikrobiom Enterobacterales stark dominierten. Ein Alleinstellungsmerkmal der Studie war, zumindest in dieser Größenordnung, die Zuordnung der Resistenzgene zur Ursprungsspezies. Anhand der Resistenzgen flankierenden Regionen wurde diese mittels bioinformatischer Software und einer Datenbank ermittelt. Die Zuordnung auf Speziesebene gelang in 80,8 % der Fälle und ermöglichte die Analyse von Patientenproben mit einer bakteriellen Diversität. Bisherige Studien waren meist limitiert auf die Resistenzgenanalyse von Isolaten oder Patientenproben mit einem einzigen Erreger. Multidrug resistant gram-negative rods (MRGN) are increasing worldwide. Infections lead to significant higher morbidity and mortality. Often there are almost no antibiotics available for therapy. Screening and isolation measures are used to prevent transmission. The MRGN screening is currently based on culture and phenotypic testing and can take up to 96 hours. In the future genotypic testing could allow faster identification of MRGN carriers. A promising technique is metagenomic whole genome sequencing. For this purpose DNA of a patient sample is sequenced. Afterwards the sequenced data can be analysed to identify resistance genes by alignment with bioinformatic databases to predict phenotypic antibiotic resistance. In this proof-of-concept study 54 anal-screening swabs were analysed this way. The aim was to perform a genotypic species and resistance testing and to compare the results with the results of conventional, cultural MRGN testing. Therefore, the sample was depleted of human DNA and the non-human DNA then extracted and sequenced. Next the sequences were aligned with bioinformatic databases to identify all obtained species and antibiotic resistance genes. Sequence analysis identified all of the species found by culture in all samples. Resistance genes were more often found than by phenotypic resistance testing. Even in samples, in which no phenotypic resistance was found, numerous potentially MRGN bacteria in the sequence data were identified. The difficulties of interpretation demonstrated the limitations of the study and genotypic resistance testing in general. Additionally, the microbiome of the anal-swabs was analysed and showed a significant domination of Enterobacterales compared to the usual physiogical microbiome. A unique feature of the study, at least at the scale implemented, was the attribution of resistance genes to species by analysing the resistance genes flanking regions. The attribution was successful in correlating the resistance gene with bacterial species in 80,8 % of cases. In contrast, previous studies were limited to a resistance gene analysis of isolates or patient samples with a single pathogen.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Medizinische Mikrobiologie
Dokument erstellt am:	23.10.2023
Dateien geändert am:	23.10.2023
Promotionsantrag am:	12.05.2023
Datum der Promotion:	12.10.2023